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时间:2023年03月28日 来源:

采用并行总线的另外一个问题在于总线的吞吐量很难持续提升。对于并行总线来说, 其总线吞吐量=数据线位数×数据速率。我们可以通过提升数据线的位数来提高总线吞吐  量,也可以通过提升数据速率来提高总线吞吐量。以个人计算机中曾经非常流行的PCI总  线为例,其**早推出时总线是32位的数据线,工作时钟频率是33MHz,其总线吞吐量=  32bit×33MHz;后来为了提升其总线吞吐量推出的PCI-X总线,把总线宽度扩展到64位, 工作时钟频率比较高提升到133MHz,其总线吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一个对比,可以看到PCI-X由于使用了更多的数据线,其插槽更长。

但是随着人们对于总线吞吐量要求的不断提高,这种提升总线带宽的方式遇到了瓶颈。首先由于芯片尺寸和布线空间的限制,64位数据宽度已经几乎是极限了。另外,这64根数据线共用一个采样时钟,为了保证所有的信号都满足其建立保持时间的要求,在PCB上布线、换层、拐弯时需要保证精确等长。而总线工作速率越高,对于各条线的等长要求就越高,对于这么多根信号要实现等长的布线是很难做到的。

用逻辑分析仪采集到的一个实际的8位总线的工作时序,可以看到在数据从0x00跳变到0xFF状态过程中,这8根线实际并不是精确一起跳变的。 真实的数字信号频谱;贵州数字信号测试配件

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很多经典的处理器采用了并行的总线架构。比如大家熟知的51单片机就采用了8根并行数据线和16根地址线;CPU的鼻祖——Intel公司的8086微处理器——**初推出时具有16根并行数据线和16根地址线;

现在很多嵌入式系统中多使用的ARM处理器则大部分使用32根数据线以及若干根地址线。并行总线的比较大好处是总线的逻辑时序比较简单,电路实现起来比较容易;但是缺点也是非常明显的,比如并行总线的信号线数量非常多,会占用大量的引脚和布线空间,因此芯片和PCB的尺寸很难实现小型化,特别是如果要用电缆进行远距离传输时,由于信号线的数量非常多,使得电缆变得非常昂贵和笨重。 北京数字信号测试联系方式数字信号取值是散的,通过数学方法对原有信号处理,编码成二进制信号后,再载波的方式发送编码后的数字流。

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为了保证接收端在时钟有效沿时采集到正确的数据,通常都有建立/保持时间的要求,以避免采到数据线上跳变时不稳定的状态,因此这种总线对于时钟和数据线间走线长度的差异都有严格要求。这种并行总线在使用中比较大的挑战是当总线时钟速率超过几百MHz后就很难再提高了,因为其很多根并行线很难满图1.15并行总线的时钟传输足此时苛刻的走线等长的要求,特别是当总线上同时挂有多个设备时。为了解决并行总线工作时钟频率很难提高的问题,一些系统和芯片的设计厂商提出了嵌入式时钟的概念。其思路首先是把原来很多根的并行线用一对或多对高速差分线来代替,节省了布线空间;然后把系统的时钟信息通过数据编码的方式嵌在数据流里,省去了专门的时钟走线。信号到了接收端,接收端采用相应的CDR(clock-datarecovery)电路把数据流中内嵌的时钟信息提取出来再对数据采样。图1.16是一个采用嵌入式时钟的总线例子。

这种并/串转换方法由于不涉及信号的编解码,结构简单,效率较高,但是需要收发端进行精确的时钟同步以控制信号的复用和解复用操作,因此需要专门的时钟传输通道,而且串行信号上一旦出现比较大的抖动就会造成串/并转换的错误。

因此,这种简单的并/串转换方式一般用于比较关注传输效率的芯片间的短距离互连或者一些光端机信号的传输中。另外,由于信号没有经过任何编码,信号中可能会出现比较长的连续的0或者连续的1,因此信号必须采用直流耦合方式,收发端一旦存在比较大的共模或地噪声,会严重影响信号质量,因此这种并/串转换方式用于电信号传输时或者传输速率不太高(通常<1Gbps),或者传输距离不太远(通常<50cm)的场合。 什么是数字信号(DigitalSignal);

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通常情况下预加重技术使用在信号的发送端,通过预先对信号的高频分量进行增强来 补偿传输通道的损耗。预加重技术由于实现起来相对简单,所以在很多数据速率超过 1Gbps 的总线中使用,比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等总线中都有使用。当 信号速率进一步提高以后,传输通道的高频损耗更加严重,靠发送端的预加重已经不太 够用,所以很多高速总线除了对预加重的阶数进一步提高以外,还会在接收端采用复杂的均 衡技术,比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等总线中都 在接收端采用了均衡技术。采用了这些技术后,FR-4等传统廉价的电路板材料也可以应用 于高速的数字信号传输中,从而节约了系统实现的成本。示波器进行数字信号的幅度测试;贵州数字信号测试配件

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简单的去加重实现方法是把输出信号延时一个或多个比特后乘以一个加权系数并和 原信号相加。一个实现4阶去加重的简单原理图。

去加重方法实际上压缩了信号直流电平的幅度,去加重的比例越大,信号直流电平被压缩得越厉害,因此去加重的幅度在实际应用中一般很少超过-9.5dB。做完预加重或者去加重的信号,如果在信号的发送端(TX)直接观察,并不是理想的眼图。图1.31所示是在发送端看到的一个带-3.5dB预加重的10Gbps的信号眼图,从中可以看到有明显的“双眼皮”现象。 贵州数字信号测试配件

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